Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis
Physik ... überall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Optik
Licht und Sehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Lichtquellen und Sehvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Licht ist unsichtbar! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Streifzug: Geschichte der Lampen . . . . . . . . . . . . 10
Streifzug: Lichtquellen am Himmel . . . . . . . . . . . . 11
Lichtausbreitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wie breitet sich Licht aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Blick in die Vergangenheit . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Lichtausbreitung . . . . . . .
Gegenstände – vom Licht getroffen,
vom Auge gesehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
12
13
13
Licht und Schatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Schattenfreie Beleuchtung . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Schatten . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Schatten von Erde und Mond . . . . . . . .
16
18
19
20
Reflexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eigenschaften des Spiegelbildes . . . . . . . . . . . . . .
Spiegel täuschen uns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Spiegelbild . . . . . . . . . . .
Das Reflexionsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Unerwünschte Spiegelungen . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Reflexion . . . . . . . . . . . . .
Wie entsteht das Spiegelbild? . . . . . . . . . . . . . . . .
Spiegel für große und kleine Leute . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Sehen und gesehen werden . . . . . . . .
Pinnwand: Spiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
22
23
23
24
25
25
26
26
27
28
Brechung – Der Knick in der Optik . . . . . . . . . . .
Licht an der Grenzfläche Luft–Wasser . . . . . . . . . .
Licht an anderen Grenzflächen . . . . . . . . . . . . . . .
Die planparallele Platte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Brechung . . . . . . . . . . . . .
Werkzeug: Protokollieren von Versuchen . . . . . . .
Sammellinsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
30
31
32
32
33
34
36
14
15
Wie Bilder entstehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Die Lochkamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Linsen machen bessere Bilder . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Werkzeug: Bildkonstruktion mithilfe
der Geometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Bilder und
Bildentstehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zerstreuungslinsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Werkzeug: Bildkonstruktion bei
Zerstreuungslinsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Übersicht über Art, Lage und Größe der Bilder
bei der Abbildung durch Linsen . . . . . . . . . . . . . .
40
41
42
42
43
Das Auge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Bau des Auges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entfernungsanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Helligkeitsanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sehfehler und ihre Korrektur . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Probleme mit dem Kleingedruckten . . .
44
44
45
45
46
47
Optische Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fotoapparat und Digitalkamera . . . . . . . . . . . . . .
Projektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Sehwinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Lupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fernrohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
48
49
50
50
51
Farben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Spektrum von weißem Licht . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Wie entsteht ein Regenbogen? . . . . . . . .
Farbaddition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Farbsubtraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Farben . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Grenzen unseres Sehens . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Farbwahrnehmung . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Farben und Licht . . . . . . . . . . . . . . . . .
Durchblick: Vom Fragen zum Wissen oder
Wie Naturwissenschaftler arbeiten . . . . . . . . . . . .
Grundwissen: Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
52
53
54
55
55
56
57
58
59
60
Der elektrische Stomkreis
Bestandteile eines Stromkreises . . . . . . . . . . . . . .
Der elektrische Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Elemente elektrischer
Stromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Werkzeug: Zeichnerische Darstellung
von Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
64
65
66
66
3
Inhaltsverzeichnis
Streifzug: Schalter machen Logik . . . . . . . . . . . . .
Lampen im Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Reihen- und
Parallelschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Lampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Komplizierte
Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
68
68
69
70
70
Die Wege des elektrischen Stromes . . . . . . . . . . .
Elektrische Leiter und Nichtleiter . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Leitfähigkeit
verschiedener Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
„Halbe“ Leitung – ganzer Stromkreis . . . . . . . . . .
Streifzug: Die Fahrradbeleuchtung . . . . . . . . . . . .
71
71
72
72
73
74
Elektrische Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Laden durch Reiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Atombau und Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Strömen wirklich Elektronen im Kreis? . . . . . . . . .
75
75
76
77
Stromwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wärmewirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sicherungen und Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lichtwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energiewandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chemische Stromwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Rostschutz und Silberlöffel . . . . . . . . . .
Stromkreise im Haushalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektrogeräte unter der Lupe . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gleich- und Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Energiesparmaßnahmen . . . . . . . . . . . .
78
79
80
81
81
82
83
84
85
86
86
Eigenschaften von Magneten . . . . . . . . . . . . . . . .
Magnete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Magnetpole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Es gibt nur zwei Pole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Anziehung und Abstoßung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Magnetisieren und Entmagnetisieren . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Magnete . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Einsatzmöglichkeiten von Magneten . .
Durchblick: Sich ein Bild machen ... . . . . . . . . . .
Magnetfeld und Feldlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Das Magnetfeld der Erde . . . . . . . . . . . .
Der Elektromagnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Anwendungen von Elektromagneten . . . . . . . . . .
Streifzug: Von OERSTED s Entdeckung
zum Morseapparat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
87
87
88
88
89
90
90
91
92
93
94
95
97
Größen des Stromkreises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Antrieb und Hemmung
im elektrischen Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Die elektrische Stromstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4
Versuche und Aufträge: Messung
der Stromstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Stromstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die elektrische Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Energie aus Batterien . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Kontaktspannung . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Elektrische Quellen
in Natur und Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der elektrische Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Elektrischer
Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Zusammenhang zwischen Stromstärke,
Spannung und Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . .
102
103
104
105
106
107
108
108
109
Gefahren durch elektrischen Strom . . . . . . . . . . 110
Gefahrensituationen und Gefahrenursachen . . . . 110
Gefahren für den Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Grundwissen: Der elektrische Stromkreis . . . . . . 112
Kräfte
Wiederholung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
116
117
117
118
Bewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Beschreibung von Bewegungen . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Bewegungen . . . . . . . . .
Die Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Geschwindigkeiten
und ihre Messung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Werkzeug: Erstellen und Interpretieren
von Diagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ungleichförmige Bewegungen . . . . . . . . . . . . . .
Die Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Beschleunigungen und
Verzögerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Beschleunigungen . . . . .
Pinnwand: Abstand ist der beste Schutz . . . . . . .
123
123
124
Kraftwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bewegungsänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Formänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Federn überall . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Physik auf der Straße . . . . . . . . . . . . . .
125
125
126
126
127
Kraftmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wie groß ist eine Kraft? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kraft hat eine Richtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kraftdarstellung durch Pfeile . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Wie verformbar ist ein Mensch? . . . . .
Versuche und Aufträge: Kraftwirkungen und
Kraftmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
128
128
129
129
130
119
120
121
122
130
Bildquellen
Pinnwand: Kräfte bei Pflanzen . . . . . . . . . . . . . .
Das Hooke’sche Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Werkzeug: Von der Proportionalität
zur Formel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
... und wenn keine Kräfte wirken? . . . . . . . . . . . .
Ein Körper – zwei Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Verkehrssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . .
131
132
132
134
134
135
Die Newton’schen Gesetze . . . . . . . . . . . . . . . .
Kraft und Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Masse und Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Newton’sche Grundgesetz . . . . . . . . . . . . . .
Der Trägheitssatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Wechselwirkungsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Der erste Mondflug . . . . . . . . . . . . . . .
136
136
136
137
137
138
139
Die Gewichtskraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Körper werden von der Erde angezogen . . . . . . .
Die Richtung der Gewichtskraft . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Schwerelosigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . .
Masse und Gewichtskraft . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Waagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Alle Körper ziehen einander an . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Masse und
Gewichtskraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
140
140
141
141
142
143
144
144
Fallbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Versuche und Aufträge: Fallbewegungen . . . . . . 145
Streifzug: Die Väter der Mechanik . . . . . . . . . . . 146
Kraftarten und ihre Ursachen . . . . . . . . . . . . . .
Elektrische Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Magnetische Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Ionenbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pinnwand: Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge: Reibung . . . . . . . . . . . . .
Kräfte und ihre Ursachen im Überblick . . . . . . .
Werkzeug: Hyperlink-Seiten selbst gemacht . . . .
148
148
149
149
150
151
151
152
153
Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften . . .
Zwei Kräfte – eine Wirkung . . . . . . . . . . . . . . . .
Versuche und Aufträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eine Kraft – mehrere Komponenten . . . . . . . . . .
Wo sind die Wirkungslinien? . . . . . . . . . . . . . . .
Streifzug: Segeln gegen den Wind . . . . . . . . . . . .
154
154
155
156
157
157
Grundwissen: Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Stichworte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Bildquellen
action press, Hamburg: 141.3 – ADAC, München: 127.1; 127.3; 135.1 – AGG, Düsseldorf: 83.2 – AKG, Berlin: 58.3;
143.1; 146.1; 146.3; 147.1; 147.3 – Angermayer, Holzkirchen: 107.1 – Astrofoto Koch, Sörth: 8.1; 8.2; 11.1; 11.2; 11.3;
11.4; 13.1; 20.2; 20.3; 142.3 – BSF, Bremen: 82.4 – Busch & Müller KG, Meinerzhagen: 27.1; 74.2 A/B; 74.4; 74.5 A/B
– Canon Deutschland GmbH, Krefeld: 48.2 – Cateye, Japan: 74.3 – DaimlerChrysler AG, Stuttgart: 83.3; 114.2 – „Das
große Wilhelm-Busch-Album“, Fackelträger Verlag, Hannover: 158.3 – Deutsche Bahn AG, Berlin: 73.1 – Deutsche Bahn
AG, Frankfurt: 62.1 – Deutsches Museum, München: 10.3; 71.1; 72.4; 97.1; 146.4 – van Eupen, Hemmingen: 10.1 –
Focus, Hamburg: 122.2 – FRD, Berlin, Berlin: 93.4 – R. Fröhlich, Sarstedt: 29.2 A – Getty Images, München: 124.1; 140.1
– Hella KG, Lippstadt: 69.3 A – IFA-Bilderteam, Ottobrunn: 116.3 – IWZ, Stuttgart: 67.3 – Janssen Kahlert, Hannover:
Titelbild – A. Jung, Hilchenbach: 150.4 A – F. Karly, München: 130.3 A – Leybold Didactic GmbH, Köln: 101.3 – J. Lieder,
Ludwigsburg: 130.3 B – Mannesmann Demag Fördertechnik, Wetter: 94.1 – H. Marx, Andernach: 58.5 – Mauritius,
Mittenwald: 9.1; 12.1; 53.1; 107.2 B; 125.1 – Minkus, Isernhagen: 6.1 – J. Mordhorst/Bugsier GmbH, Hamburg: 154.1
– Okapia, Frankfurt: 131.3; 131.4 – Photostudio Druwe und Polastri, Braunschweig: 85.2 – Quick, München: 151.2 –
RWE AG, Essen: 63.1 B; 72.5; 72.6 A/B – Schott GmbH, Mainz: 79.1 – Siemens AG, Erlangen: 63.1 A – Silvestris, Kastl:
131.1; 131.2 – SKF GmbH, Schweinfurt: 150.2 – Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft, Heidelberg: 91.5 – Stadtwerke Braunschweig GmbH: 114.1 – H. C. Starck Berlin, Werk Goslar: 85.1 – Sven Simon, Mülheim: 116.2; 116.4; 137.1
– B. Trambauer, Hemmingen: 69.3 B – USIS, Bonn: 122.1 – Volkswagen AG, Wolfsburg: 127.2; 135.2 – R. Wellinghorst,
Quakenbrück: 56.3 – Wiley-VCH Verlag, Weinheim: 145.1 – Zefa, Hamburg: 29.1 – Dr. M. Zemann, Hannover: 63.1 C
Es war nicht in allen Fällen möglich, die Inhaber der Bildrechte ausfindig zu machen und um Abdruckgenehmigung zu
bitten. Berechtigte Ansprüche werden selbstverständlich im Rahmen der üblichen Konditionen abgegolten.
Die Firmen ELWE GmbH, Klingenthal, LEYBOLD DIDACTIC GmbH, Köln und PHYWE SYSTEME GmbH & Co KG,
Göttingen stellten freundlicherweise Geräte für Versuchsaufbauten bzw. Illustrationsfotos zur Verfügung.
5